洛桑联邦理工学院
拉斐尔·里斯和他的野外装备在日内瓦湖畔
信用:阿兰·赫尔佐格/EPFL EPFL的科学家们研究了两种机制，这两种机制有助于将氧气带到湖的深处——这对保护湖的生态系统至关重要
由于气候变化，特别是在深湖地区，冬季地表冷却导致的传统深水更新效率正在降低
湖泊需要含有一定水平的溶解氧来维持水质和保护生态系统
虽然湖的上层通常富含氧气，但较深的层却不是这样；在大多数湖泊中，这些层的氧化主要是通过一种叫做对流冷却的过程发生的，这种过程发生在较冷的秋冬季
对于温带气候中的深湖，如日内瓦湖，冬季通常不够冷，不足以使这一过程在足够大的范围内发生，这意味着非常深的水域不受影响
日内瓦湖最后一次深度对流降温发生在2012年的一次严寒期(CIPEL)
了解其他深水更新机制 “随着气候变化，越来越多的冬天没有满足这一过程所需的条件，”拉斐尔·赖斯说，她是一名最近的博士
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毕业于EPFL生态工程实验室(ECOL)
“因此，我们需要了解能够使湖泊深层氧化的其他机制
“作为博士学位的一部分，他研究了两种可供选择的深水更新机制
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这两种现象都是由风引起的:盆地间交换，即浅的小拉加盆地和深的大拉加盆地之间的水交换，以及海岸上升流
“与冷空气温度引发的对流冷却不同，我们研究的机制对气候变化不太敏感，因为它们是由风驱动的
它们每年冬天在日内瓦湖出现几次，因此在更新和给更深层充气方面可能发挥越来越重要的作用，”赖斯说
这些深层的水通常是寒冷的、缺氧的和富含营养的
另一方面，上层温度较高，氧气浓度较高，营养物质浓度较低
由于密度不同，这两层在一年的大部分时间里几乎不混合——温水的密度低于冷水，导致了所谓的稳定分层
但一旦秋冬季气温下降，表层水降温，稳定层结自上而下逐渐被侵蚀
如果冬天足够冷，地表附近的水达到和深水一样的温度，因此密度也一样
结果是水柱完全翻转，上层的氧气被带到底部，下层的营养物质上升到表面
一个冬天几次深水更新 赖斯的研究表明，在地球自转的影响下，经常从西南方向吹过日内瓦湖的冬季强风将大湖北岸的沿海水域推向湖中心，这些水域被更深水域的上升所取代
同样的风将小拉加的地表水推向大拉加，导致大拉加的深水取代了它们的位置
这两种复杂的交换机制导致缺氧、营养丰富的下层上升，有时上升深度超过200米(日内瓦湖的最大深度为309米)
这些上涌的深水可以在接近水面几天(甚至到达水面)后再下降到很深的地方，通过与上层和大气的交换使它们富含氧气
为了进行这项研究，赖斯和他的团队首先花了两个冬天在野外收集数据，测量流速和水温
然后，他们采用了一个三维水动力学模型，并将其与一种叫做粒子追踪的建模技术相结合，以便更详细地分析上升流的路径
“我们的发现表明这些机制有多复杂，”赖斯说
“它们发生在3D中，这意味着它们不能用一维模型来描述，而一维模型经常被用来预测气候变化对湖泊的影响
在评估大型深湖深水更新时，这些机制值得进一步关注
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